電力機(jī)車(chē)污閃產(chǎn)生原因分析及預(yù)防措施

孟繁東

摘 要：由于在冬季，大霧天氣在華北地區(qū)出現(xiàn)的頻率很大，電力機(jī)車(chē)在鐵路線(xiàn)上運(yùn)行時(shí)，車(chē)頂受絕緣子、電弓和導(dǎo)線(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象在大霧天氣時(shí)發(fā)生的可能性較大，這是一種強(qiáng)度巨大的光電聲俱全，瞬間放電的現(xiàn)象，即在絕緣子表面上，電力機(jī)車(chē)車(chē)頂高壓帶電導(dǎo)體發(fā)生的擊穿放電現(xiàn)象，華北地區(qū)冬季經(jīng)常出現(xiàn)大霧天氣，電力機(jī)車(chē)污閃會(huì)造成機(jī)車(chē)主斷路器不能閉合，車(chē)頂接地停電，其危害性極大，嚴(yán)重影響了電力機(jī)車(chē)正常運(yùn)用，給鐵路運(yùn)輸安全帶來(lái)了嚴(yán)重后果。該文首先通過(guò)對(duì)污閃產(chǎn)生的物理原因進(jìn)行分析，其次對(duì)其化學(xué)原因進(jìn)行深層次的分析，通過(guò)對(duì)車(chē)頂噴涂新型防污閃漆和加裝受電弓換室不降弓設(shè)備等一些行之有效的措施來(lái)預(yù)防污閃事故的發(fā)生，對(duì)于污閃事故的預(yù)防及處理具有積極的意義。

關(guān)鍵詞：電力機(jī)車(chē) 污閃 原因分析 預(yù)防措施

中圖分類(lèi)號(hào)：U269.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）09（b）-0104-02

華北地區(qū)冬季經(jīng)常出現(xiàn)大霧天氣，行駛在大霧天氣下的電力機(jī)車(chē)因?yàn)榭諝獾奈廴景l(fā)生污閃造成電力機(jī)車(chē)主斷路器不能閉合，車(chē)頂接地停電，不能自行恢復(fù)，嚴(yán)重影響了電力機(jī)車(chē)正常運(yùn)用，擾亂了正常的鐵路運(yùn)輸秩序，給鐵路運(yùn)輸安全帶來(lái)了嚴(yán)重隱患。論文中我們針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題通過(guò)對(duì)北京機(jī)務(wù)段客運(yùn)電力機(jī)車(chē)車(chē)頂噴涂新型防污閃漆和加裝受電弓換室不降弓設(shè)備等一些行之有效的措施來(lái)預(yù)防污閃，大大降低了污閃事故的發(fā)生。

1 “污閃”問(wèn)題的提出

在冬季的華北地區(qū)，大霧天氣屢見(jiàn)不鮮，電力機(jī)車(chē)在鐵路線(xiàn)上行駛時(shí)，車(chē)頂受絕緣子、電弓和導(dǎo)線(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象在大霧天氣時(shí)發(fā)生的可能性較大，產(chǎn)生一種強(qiáng)度巨大的光電聲俱全，瞬間放電的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)大范圍的大霧地段行駛后，電力機(jī)車(chē)后，5～20 mm厚的霜狀冰經(jīng)常會(huì)在車(chē)頂受電弓、絕緣子等設(shè)備的迎風(fēng)面產(chǎn)生。停車(chē)后，由于機(jī)車(chē)內(nèi)部和司機(jī)室熱空氣上升，導(dǎo)致車(chē)頂溫度升高，絕緣子表面霜狀冰慢慢變成小水珠，漏泄電流隨著小水珠的不斷變大逐漸增大，漏電產(chǎn)生的熱度將進(jìn)一步融化霜狀冰，從而使漏泄的電流不斷增大。這種情況下，一旦達(dá)到某一個(gè)臨界點(diǎn)，高壓電對(duì)車(chē)頂?shù)母邚?qiáng)度放電現(xiàn)象就會(huì)在瞬間發(fā)生，即“污閃”。研究發(fā)現(xiàn)，“污閃”通常是機(jī)車(chē)在冬季大霧天行駛后停車(chē)和再次開(kāi)車(chē)后10 km/h以下的速度行駛時(shí)發(fā)生?！拔坶W”會(huì)造成主斷不能閉合，機(jī)車(chē)停電，影響正常行車(chē)，擾亂正常鐵路機(jī)車(chē)運(yùn)輸?shù)闹刃颍o鐵路運(yùn)輸安全帶來(lái)嚴(yán)重隱患。

2 “污閃”主要原因分析

2.1 絕緣瓷瓶受污染

按導(dǎo)電性能，物質(zhì)可分為導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體三類(lèi)。作為絕緣體，電瓷瓶把車(chē)體和受電弓分隔開(kāi)，即把兩個(gè)導(dǎo)體分開(kāi)，達(dá)到機(jī)車(chē)受電的目的，通常把瓷瓶的外形設(shè)計(jì)成傘狀，使雨雪不易落到瓷瓶里面，防止瓷瓶在雨雪天受影響，使其保持良好的絕緣性能。但受到風(fēng)的吹動(dòng)，低空大氣中的雜質(zhì)仍能進(jìn)入到傘狀電瓷瓶的里面，長(zhǎng)期污染瓷瓶就會(huì)變臟。這時(shí)若有濃霧存在，瓷瓶的污染隨著霧的凝結(jié)會(huì)加重，瓷瓶絕緣性能變差，在高壓輸電網(wǎng)絡(luò)會(huì)產(chǎn)生短路放電，發(fā)生主斷跳閘或瓷瓶放炮。

2.2 瓷瓶表面大量粘附過(guò)冷水滴

由于低層大氣中凝結(jié)了很多浮游的冰晶或水滴，從而形成霧，按霧滴的狀態(tài)來(lái)劃分，還可分為冰晶霧、水滴霧、過(guò)冷水滴霧。冰晶霧是在較低氣溫通常是在-10℃以下形成的，由于是固體霧，碰到瓷瓶不容易保留水滴；水滴霧是在0℃以上形成的，水滴碰到瓷瓶后蒸發(fā)流走，不易大量保留。以上兩種狀態(tài)的霧對(duì)瓷瓶的絕緣性能影響較小。

過(guò)冷水滴霧多于0℃～10℃時(shí)出現(xiàn)，遇到瓷瓶后會(huì)變成冰水混合物吸附在瓷瓶上。加上大氣污染越加嚴(yán)重，使得空氣中的各種鹽、氨、苯、酸、堿、灰塵、重金屬微粒等污染物逐漸增多，這些污染物粘附到絕緣瓷瓶上，便形成污穢集合物，時(shí)間久了，就像給受電弓和瓷瓶套上了一件“塵衣”，當(dāng)霧的濃度非常大，只有幾十米的水平能見(jiàn)度時(shí)，瓷瓶和車(chē)頂受電弓上粘附了大量的過(guò)冷水滴后，污穢物中的可溶性電解質(zhì)就被溶解，此時(shí)在高電壓的作用下，泄露電流將顯著變大，瓷瓶的絕緣性能急劇下降，電網(wǎng)發(fā)生短路放電，情況嚴(yán)重時(shí)則會(huì)造成“污閃”停電災(zāi)害。

冬季是大氣污染嚴(yán)重的季節(jié)，大氣污染的嚴(yán)重以及過(guò)冷水滴的生成，是導(dǎo)致北方冬春季節(jié)電力機(jī)車(chē)“污閃”災(zāi)害多發(fā)的原因。

3 防止電力機(jī)車(chē)污閃災(zāi)害的措施

產(chǎn)生污閃災(zāi)害的重要原因是大氣污染，因此提高機(jī)車(chē)車(chē)頂?shù)目刮勰芰图訌?qiáng)環(huán)境治理是防止污閃的重要舉措。

3.1 環(huán)境治理

要做到預(yù)防污閃事故的發(fā)生，首先必須落實(shí)《全國(guó)電力系統(tǒng)高電壓專(zhuān)業(yè)工作網(wǎng)監(jiān)測(cè)》文件，繪制污穢區(qū)分布圖并做好地區(qū)范圍內(nèi)污穢登記的監(jiān)測(cè)工作，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備實(shí)行外絕緣的爬距調(diào)整。對(duì)靠近鐵路線(xiàn)路、車(chē)站的大型污染企業(yè)，鐵路部門(mén)聯(lián)合地方環(huán)境保護(hù)部門(mén)進(jìn)行核查，不達(dá)標(biāo)排放的企業(yè)環(huán)保部門(mén)對(duì)其下達(dá)整改通知書(shū)，進(jìn)一步提高環(huán)境質(zhì)量，使污閃得到有效的控制。

3.2 每年秋季機(jī)車(chē)車(chē)頂噴涂硫化硅橡膠（Room Temperature Silicone Rubber）簡(jiǎn)稱(chēng)RTV防污閃涂料防止污閃

3.2.1 RTV涂料包含的主要成分

該涂料由5個(gè)部分組成：樹(shù)脂，包括人造樹(shù)脂、天然樹(shù)脂，是主要成膜物質(zhì)的一部分；稀料，包括稀釋劑和溶劑，為輔助成膜物質(zhì)；顏料，包括體質(zhì)顏料、著色顏料、防銹顏料，品種很多，為次要成膜物質(zhì)；油料，包括半干性油和干性油，主要成膜物質(zhì)之一；輔料，包括固化劑、催干劑、防潮劑、增塑劑，也是輔助成膜物質(zhì)。

3.2.2 RTV防污閃涂料的防污原理

RTV長(zhǎng)效防污閃涂料以端羥基聚二甲基硅氧烷為基膠，脫醇型氨基烷氧基硅烷交聯(lián)劑為交聯(lián)體系，配以增粘劑、硫化促進(jìn)劑、穩(wěn)定劑、縮合催化劑、特種溶劑等，變成單組分無(wú)填料長(zhǎng)效防污閃涂料。使用時(shí)，涂覆在電瓷表面后，交聯(lián)體系在空氣中的水分水解下，其中極易水解的官能團(tuán)變成硅醇，端羥基聚二甲基硅氧烷在催化劑作用下縮聚固化，在電瓷表面形成一層彈性硅橡膠薄膜，這一固化過(guò)程對(duì)濕度、環(huán)境溫度無(wú)嚴(yán)格要求。由于RTV是由聚二甲基硅氧烷縮聚而成的，所以基本結(jié)構(gòu)是立體網(wǎng)狀硅氧鍵，包括大量的游離狀態(tài)的有機(jī)硅低聚物、大量的小分子基團(tuán)和小分子基團(tuán)。這些小分子基團(tuán)和低聚物是憎水性的，它們與涂料表面水分子之間產(chǎn)生的作用力小于水分子本身的內(nèi)聚力，水份在RTV表面呈現(xiàn)為單個(gè)水珠，未形成連續(xù)的水膜——此為憎水性；當(dāng)RTV表面積累污穢后，RTV的游離態(tài)憎水性基團(tuán)向污層擴(kuò)散，在污穢表面也形成憎水性-憎水遷移特性；當(dāng)RTV涂層受到長(zhǎng)期浸泡或雨水沖刷時(shí)，涂層的憎水性暫時(shí)減弱或者消失，自然晾干放置一段時(shí)間后，RTV內(nèi)部憎水性基團(tuán)又向外逐步擴(kuò)散，其表面憎水性又逐漸恢復(fù)-憎水性復(fù)性。RTV涂層表面起憎水性作用的憎水基團(tuán)小于RTV涂層全部憎水基團(tuán)在數(shù)量，因此，RTV憎水性壽命是很長(zhǎng)的。

RTV涂料具有憎水性和憎水遷移性和一定的憎油性及較好的不粘性。氣候條件惡劣時(shí)，在潮濕臟污絕緣子的表面會(huì)出現(xiàn)連續(xù)的水膜，從而發(fā)生閃絡(luò)。當(dāng)涂上具有憎水遷移性的RTV涂料時(shí)，涂層表面將只存在單個(gè)的小水珠，而不會(huì)被連片浸潤(rùn)，電力設(shè)備的抗污閃性能將得到極大的提升。

3.2.3 RTV防污閃涂料的防污特性

RTV的這種性能是由其分子結(jié)構(gòu)所決定的，在RTV圖層內(nèi)部除了含有大量呈游離態(tài)憎水基團(tuán)外還含有大量的負(fù)極性的改性分子基團(tuán)。這些分子基團(tuán)也是具有憎水性的，所以水分在RTV表面以單個(gè)水滴的狀態(tài)存在，不會(huì)形成連片水膜。一方面，RTV表面不容易形成積灰；另一方面，當(dāng)RTV表面自然積污后，受密度梯度的控制，游離態(tài)憎水基團(tuán)會(huì)向污層擴(kuò)散發(fā)生憎水性遷移現(xiàn)象，使污層表面也具有憎水性。當(dāng)污層受風(fēng)吹、雨刷的影響自然脫落時(shí)，遷移到污層中的憎水基團(tuán)也隨之丟失，隨著再被污染遷移也隨著發(fā)生，周而復(fù)始涂層表面始終保持良好 的憎水性，即使是污層表面也始終保持良好的憎水性，當(dāng)RTV涂層長(zhǎng)時(shí)間受到雨水沖刷或浸泡時(shí)，表面的憎水基團(tuán)逐漸流失，涂層憎水性減弱甚至消失。放置一段時(shí)間自然晾干后，由于RTV內(nèi)部憎水性基團(tuán)的擴(kuò)散作用，RTV表面的憎水性又逐漸恢復(fù)。

卓越的耐腐蝕性能：RTV涂層具有優(yōu)異的耐化學(xué)品腐蝕和電化學(xué)腐蝕性能，抗酸、堿、鹽和絕大多數(shù)有機(jī)物。能適應(yīng)多種惡劣的氣候環(huán)境和腐蝕介質(zhì)環(huán)境。獨(dú)特的表面性能，具有極佳的電氣絕緣性能。獨(dú)特的不粘污性能，抗灰塵附著，一般的灰塵可通過(guò)雨水自動(dòng)沖刷干凈，局部粘上頑漬，只需用抹布擦拭即可恢復(fù)清潔表面。優(yōu)良的物理機(jī)械性能，涂層具有極佳的物理機(jī)械性能：高附著力、高硬度、高柔韌性、高耐磨、耐沖擊。附著良好，施工方便。柔韌性和硬度的完美結(jié)合的表面，經(jīng)得起磨損、碰撞，耐沖擊。耐熱抗寒性能，經(jīng)得起嚴(yán)寒和酷暑的考驗(yàn)在-40℃～140℃溫度范圍內(nèi)可正常使用，不掉皮、不起皺、不脫落、不開(kāi)裂。

北京機(jī)務(wù)段電力機(jī)車(chē)2013年、2014年秋季通過(guò)對(duì)電力機(jī)車(chē)車(chē)頂噴涂RTV防污閃涂料，在冬春季節(jié)雖然有大霧天氣，但是電力機(jī)車(chē)污閃事故發(fā)生的概率大大降低了，說(shuō)明我們的措施是行之有效的。

3.3 一些污閃的發(fā)生都是在車(chē)站停車(chē)后，由于機(jī)車(chē)要換掛，機(jī)車(chē)乘務(wù)員要降下受電弓，換端操作時(shí)發(fā)生污閃，造成機(jī)車(chē)停電，主斷不能閉合，不能正常行車(chē)，因此我北京機(jī)務(wù)段各型電力機(jī)車(chē)加裝CTGBC型防霧閃弓保持裝置保證司機(jī)在換室操作情況下受電弓換端不降弓來(lái)預(yù)防污閃的發(fā)生

（1）CTGBC型防霧閃弓保持裝置的工作原理。

CTGBC型防霧閃弓保持裝置是鐵路機(jī)車(chē)專(zhuān)用受電弓保持控制裝置。硬件基礎(chǔ)采用了ATMEL公司高速微處理器系統(tǒng)，研制成適合110V直流電源的電力機(jī)車(chē)專(zhuān)用輸入輸出控制系統(tǒng)，用現(xiàn)代電子器件和微機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的無(wú)觸點(diǎn)控制電路實(shí)現(xiàn)弓保持邏輯控制功能，用軟件實(shí)現(xiàn)控制電路邏輯關(guān)系，而且具有較強(qiáng)的通用性。防霧閃弓保持裝置的設(shè)計(jì)采用通用、模塊化設(shè)計(jì)方式，符合GBT 25119-2010《軌道交通機(jī)車(chē)車(chē)輛電子裝置》標(biāo)準(zhǔn)的要求。防霧閃弓保持裝置采用完全獨(dú)立的雙冗余設(shè)計(jì)，并配置了手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，在裝置一組出現(xiàn)故障情況下，可通過(guò)人為切換至另一組工作。裝置運(yùn)行的可靠性能得到提升，也保證了整個(gè)機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)的安全性。

該裝置主要由電源板、控制板、顯示板、指示燈、蜂鳴器、自恢復(fù)按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和機(jī)械結(jié)構(gòu)件組成。司機(jī)在任一端操作人員升起受電弓，如果需要進(jìn)行換端操作，司機(jī)將所在端的輔機(jī)停止工作、分主斷、手柄回零，按下本裝置的弓保持按鈕，受電弓板鍵開(kāi)關(guān)歸位，拔出司機(jī)電鑰匙，進(jìn)行換端操作，在這個(gè)操作流程中，本裝置可以使一開(kāi)始升起的受電弓在5 min之內(nèi)不降下，同時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)（警告操作人員不要接觸高壓設(shè)備，以防受傷），指示燈提示（提示操作人員升的是那端受電弓，操作人員根據(jù)指示燈提示，在另一端升起正確的受電弓）、控制氣路閥（鎖住門(mén)聯(lián)鎖，防止操作人員進(jìn)入高壓柜內(nèi)，確保人身安全），司機(jī)進(jìn)入另一端司機(jī)室插入電鑰匙，開(kāi)啟電鑰匙，閉合主斷路器，按下本裝置的弓保持按鈕，換端完成。這樣可保證受電弓在換室操作時(shí)，司機(jī)不用降弓操作，減少了污閃事故的發(fā)生。

（2）防霧閃弓保持裝置使用注意事項(xiàng)。

①在有任一CTGBC型防霧閃弓保持裝置電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)以后，禁止拔插裝置連接插頭。

②嚴(yán)禁在機(jī)車(chē)進(jìn)行換端操作試驗(yàn)的情況下，斷開(kāi)防霧閃弓保持裝置插座的連接。

③嚴(yán)禁在機(jī)車(chē)進(jìn)行換端操作試驗(yàn)的情況下，關(guān)斷CTGBC型防霧閃弓保持裝置的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。

④?chē)?yán)禁在帶電，特別是機(jī)車(chē)正常運(yùn)行情況下，插拔和更換CTGBC型防霧閃弓保持裝置工作組別的插件。

⑤嚴(yán)禁對(duì)正常運(yùn)行情況下的CTGBC型防霧閃弓保持裝置進(jìn)行較大力度的敲擊和碰撞。

⑥嚴(yán)禁在超過(guò)濕度要求的環(huán)境，運(yùn)行CTGBC型防霧閃弓保持裝置。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)北京機(jī)務(wù)段156臺(tái)運(yùn)用電力機(jī)車(chē)車(chē)頂噴涂RTV防污閃涂料和加裝CTGBC型防霧閃弓保持裝置，使電力機(jī)車(chē)在冬春季發(fā)生污閃事故大大降低，從2013—2014年度的18件下降到2014—2015年度的3件。說(shuō)明電力機(jī)車(chē)車(chē)頂噴涂RTV防污閃涂料和加裝CTGBC型防霧閃弓保持裝置有效的預(yù)防了污閃事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 倪文波，王雪梅.高速列車(chē)網(wǎng)絡(luò)與控制技術(shù)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2009.

[2] 賴(lài)兆基.如何預(yù)防電網(wǎng)污閃事故[J].電力安全技術(shù)，2006（5）：48.

[3] 王伯銘.高速動(dòng)車(chē)組總體及轉(zhuǎn)向架[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2008.